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2次元物質で高効率の熱電変換を実現理化学研究所,東京大学,東北大学 研究グループ

 理化学研究所,東京大学,東北大学の研究グループは,鉄系高温超伝導体のセレン化鉄(FeSe)を極薄膜化することで,熱電効果(ゼーべック効果)が飛躍的に上昇 することを発見したと発表した。
 物質の両端に温度差をつけると,その温度差に比例する電圧が発生する現象を熱電効果という。熱電効果を利用することで,排熱から電気エネルギーを取り出す熱電 発電が可能となる。ナノスケールの世界では,物質の機能性の役割を担う電子の振る舞いが通常の物質での振る舞いとは著しく異なることから,熱電効果が増大すると 期待されている。
 今回,同グループは,電気化学的手法によってFeSeの極薄膜を作製し,その熱電効果の膜厚依存性を測定した。その結果,熱電性能を示すゼーペック係数が膜厚の 減少とともに急増し,1 nmに迫る単層レベル(2次元物質)では厚膜時の数百倍に,また,取り出せる電力値の指標となる熱電出力因子は約10万倍に増大することが分かった。さらに,室温における出力因子はこれまで知られているどの熱電物質よりも大きく,低温になるにつれてさらに上昇することもわかった。
 本研究成果は,高度に制御されたナノ物質が,熱電変換材料として高い可能性をもつことを明確に示すものであり,優れた熱電材料が生み出されることが期待される。

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